KR20160100724A - 무선충전용 방열유닛 및 이를 포함하는 무선전력 충전모듈 - Google Patents

Abstract

무선충전용 방열유닛 및 이를 포함하는 무선전력 충전모듈이 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 무선충전용 방열유닛은 금속재질로 이루어진 기재층; 및 상기 기재층의 상부면과 하부면 중 적어도 일면에 구비되는 산화막;을 포함한다. 본 발명에 의하면, 산화막을 갖는 금속재로 방열유닛을 구성함으로써 무선충전 방식에서 요구하는 충전효율 및 방열특성을 모두 만족할 수 있다.

Description

무선충전용 방열유닛 및 이를 포함하는 무선전력 충전모듈{Heat radiation unit for a wireless charging and wireless charging module having the same}

본 발명은 무선충전용 방열유닛 및 이를 포함하는 무선전력 충전모듈에 관한 것이다.

최근 휴대폰, 타블렛 PC 등을 비롯한 휴대 단말기에 RFID(Radio Frequency Identification: 무선식별), 근거리 무선통신(NFC), 무선충전(WPC), 대화형 펜 타블렛 등 다양한 기능이 추가되고 있다.

NFC는 전자태그인 RFID의 하나로 13.56Mz 주파수 대역을 사용하는 비접촉식 근거리 무선통신 모듈로 10cm의 가까운 거리에서 단말기 간 데이터를 전송하는 기술을 말한다. NFC는 모바일 결제뿐만 아니라 파일 전송방식으로 슈퍼마켓이나 일반 상점에서 물품 정보나 방문객을 위한 여행 정보 전송, 교통, 출입통제 잠금장치 등에 광범위하게 활용된다.

또한, 최근 구글이 발표한 스마트폰에 구비된 ‘안드로이드 빔’에는 근거리 무선통신(NFC) 기반의 근거리 정보 송수신 기능으로서, 모바일 결제뿐만 아니라 사진·명함·파일·지도·웹사이트 등을 한 전화기에서 다른 전화기로 전달하는 기능을 제공하고 있다.

한편, 휴대 단말기에는 내장된 배터리를 무선으로 충전하기 위한 무선 충전 기능이 구비되고 있는데, 이러한 무선 충전은 휴대 단말기에 내장되는 무선 전력 수신 모듈과, 상기 무선 전력 수신 모듈에 전력을 공급하는 무선 전력 송신 모듈에 의해 이루어진다.

또한, 무선 충전은 자기 유도 방식과 자기 공진 방식으로 분류되기도 하며, 무선 전력 송신 모듈에 대한 무선 전력 수신 모듈의 접근을 감지하는 방식에 따라 PMA 방식과 Qi 방식으로 분류되기도 한다.

이때, 상기 무선전력 송신모듈 및 무선전력 수신모듈 중 적어도 일측에는 무선 충전시 발생되는 열을 외부로 방출하여 충전효율을 높이기 위해 방열부재가 구비된다.

예를 들어, 상기 방열부재로 열전도율이 좋은 흑연(예컨대 그라파이트)이 통상적으로 사용되고 있는데, 이러한 흑연은 다음과 같은 문제점이 있다.

즉, 상기 흑연은 재료 자체의 열전도율이 좋아 방열효과는 우수하나, 흑연은 낮은 저항 등에 의해 와전류가 심하게 발생하므로 충전효율이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명자들은 예의 연구 및 실험을 반복한 결과, 금속의 표면에 산화막을 형성하는 경우, 재료 자체의 열전도율은 동일 수준 이상을 유지하면서도 고저항특성 및 방사율 개선의 효과가 있다는 것을 반복적인 연구 및 실험을 통하여 지득하였다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 금속재질로 이루어진 기재층에 산화막을 형성함으로써 금속 기재층의 열전도율은 유지하면서도 상기 산화막에 의한 고저항 특성을 구현하여 와전류 손실을 줄일 수 있는 무선충전용 방열유닛을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 금속 기재층에 산화막을 형성함으로서 열전도에 의한 방열에 더하여 방사에 의한 방열을 촉진함으로써 방열 효과를 향상시킬 수 있는 무선충전용 방열유닛을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기와 같은 방열유닛을 구비함으로써 전체적인 두께를 증가시키지 않으면서도 무선충전 방식에서 요구하는 방열효과 및 충전효율을 높일 수 있는 무선전력 충전모듈을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 금속재질로 이루어진 기재층; 및 상기 기재층의 상부면과 하부면 중 적어도 일면에 구비되는 산화막;을 포함하는 무선충전용 방열유닛을 제공한다.

또한, 상기 기재층은 Cu를 포함하는 금속층일 수 있다.

또한, 상기 산화막은 상부면과 하부면 양측에 형성될 수 있다.

한편, 본 발명은 적어도 하나의 안테나유닛; 상기 안테나유닛의 일면에 배치되어 자기장을 유기하는 차폐유닛; 및 상기 차폐시트의 일면에 배치되어 열을 방출하는 방열유닛;을 포함하고, 상기 방열유닛은 금속재질로 이루어진 기재층과, 상기 기재층의 상부면과 하부면 중 적어도 일면에 구비되는 산화막;을 포함하는 무선전력 충전모듈을 제공한다.

또한, 상기 기재층은 Cu를 포함하는 금속층일 수 있다.

또한, 상기 산화막은 상부면과 하부면 양측에 형성될 수 있다.

또한, 상기 안테나유닛은 무선충전용 안테나 및 NFC용 안테나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 안테나유닛은 MST용 안테나를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 차폐유닛은 무선충전용 안테나의 특성을 향상시키는 제1시트층과, NFC용 안테나의 특성을 향상시키는 제2시트층을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1시트층은 상기 제2시트층보다 상대적으로 높은 투자율을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제1시트층은 비정질 합금의 리본시트 또는 나노 결정립 합금의 리본시트이고, 상기 제2시트층은 페라이트 시트일 수 있다.

또한, 상기 제1시트층은 비정질 합금의 리본시트 또는 나노 결정립 합금의 리본시트가 복수층으로 적층될 수 있다.

또한, 상기 페라이트 시트는 MnZn 페라이트 또는 NiZn 페라이트로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제1시트층은 3원소 합금 또는 5원소 합금을 포함하고, 상기 3원소 합금은 Fe, Si 및 B를 포함하며, 상기 5원소 합금은 Fe, Si, B, Cu 및 Nb를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1시트층 및 제2시트층 중 적어도 하나는 복수 개의 미세 조각으로 분리형성될 수 있다.

또한, 상기 복수 개의 미세 조각들은 서로 이웃하는 미세 조각들 간에 전체적으로 절연되거나 부분적으로 절연될 수 있다.

또한, 상기 복수 개의 미세 조각은 1㎛ ~ 3mm의 크기일 수 있다.

또한, 상기 복수 개의 미세 조각은 비정형으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전용 방열유닛 및 이를 구비한 무선전력 충전모듈은 산화막을 갖는 금속재로 방열유닛을 구성함으로써, 에디 커런트 로스 억제 및 방사에 의한 방열의 촉진으로 박형화의 요구를 만족하면서도 무선충전 방식에서 요구하는 특성, 즉 충전효율 및 방열효과를 모두 만족할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전용 방열유닛을 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 충전모듈을 개략적으로 나타낸 사시도,
도 3은 도 2의 단면도,
도 4는 도 2에서 차폐유닛의 세부구성을 나타낸 단면도, 그리고
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전용 방열유닛에서 산화막을 나타낸 확대사진으로, a)는 약품처리한 경우이고, b)는 열처리한 경우이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.

먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 충전모듈(100)은 안테나유닛(110), 차폐유닛(120) 및 방열유닛(130)을 포함한다.

상기 안테나유닛(110)은 휴대폰, PDA, PMP, 테블릿, 멀티미디어 기기 등과 같은 휴대용 전자기기와 무선 고주파 신호를 송출하거나 수신하기 위한 것이다.

이러한 안테나유닛(110)은 상기 차폐유닛(120)의 일면에 하나로 구비될 수도 있고, 복수 개로 구비될 수 있으며, 상기 차폐유닛(120)의 일면에 접착층을 매개로 고정된다.

여기서, 상기 접착층은 접착 성질을 갖는 본드, PVC, 고무 또는 양면 테이프 등일 수 있으며, 전도성을 갖는 성분이 포함될 수도 있다.

한편, 상기 안테나유닛(110)은 시계방향 또는 반시계 방향으로 권선되는 원형, 타원형, 나선형 또는 사각형상과 같은 다각형상의 코일로 구성될 수도 있고 동박 등과 같은 금속박을 에칭하여 구성될 수도 있다.

더불어, 상기 안테나유닛(110)은 회로기판(112)에 인쇄패턴으로 형성되고 상기 회로기판(112)의 일면이 상기 차폐유닛(120)의 일면에 부착될 수도 있다.

여기서, 상기 회로기판(112)은 그 상면에 적어도 하나의 안테나패턴과 회로부가 형성되는 기체가 되는 요소로서, 내열성 및 내압성을 가지며, 가요성(flexible)을 갖는 소재이다. 이러한 소재의 물성을 고려할 때, 상기 회로기판(112)으로서 열경화성 고분자 필름인 PI나 PET 등과 같은 필름이 채용될 수 있다.

그리고, 상기 안테나유닛(110)은 양 단부에는 상기 회로기판(112)과 전기적인 연결을 위한 연결단자가 인출된다.

이와 같은 상기 안테나유닛(110)은 송출되거나 수신되는 무선 전력 신호를 통해 전자기 유도 현상에 기초한 유도 결합 방식을 이용하여 전력을 전달할 수 있도록 구비되어 수신안테나의 역할을 수행할 수도 있고 전송안테나의 역할을 수행할 수도 있다.

이와 같은 자기 유도 방식 충전 기술은 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이때, 상기 안테나유닛(110)은 서로 다른 역할을 수행하는 복수 개로 구비될 수도 있다.

일례로, 상기 안테나유닛(110)은 도 2에 도시된 바와 같이 전력 충전, 근거리 통신 등 서로 다른 역할을 수행하는 WPC용 안테나(114c) 및 NFC용 안테나(114a)가 포함될 수 있다.

여기서, 상기 NFC용 안테나(114a)은 WPC용 안테나(114c) 보다 주파수 대역이 높기 때문에 회로기판(112)의 외곽을 따라 미세한 선폭의 직사각형 형태로 도전성 패턴으로 형성되고, WPC용 안테나(114c)는 전력 전송이 요구되며 NFC용 안테나(114a)보다 낮은 주파수 대역을 사용하므로 NFC용 안테나(114a)의 내측에 NFC용 안테나(114a)의 선폭보다 넓은 선폭으로 형성될 수 있다.

더불어, 상기 안테나유닛(110)은 MST용 안테나(114b)가 추가로 포함될 수 있다.

상기 차폐유닛(120)은 일정면적을 갖는 판상의 부재로 이루어지며, 상기 안테나유닛(110)에서 발생되는 자기장을 유기하는 역할을 수행한다.

이와 같은 차폐유닛(120)은 박판의 자성시트가 단층으로 이루어질 수도 있고, 복수 개의 자성시트가 적층되는 형태로 구비될 수도 있다.

즉, 상기 차폐유닛(120)은 도 3에 도시된 바와 같이 서로 다른 투자율을 갖는 제1시트층(121) 및 제2시트층(122)으로 구비될 수 있고, 상기 제1시트층(121)은 상기 제2시트층(122)보다 상대적으로 높은 투자율을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.

여기서, 상대적으로 높은 투자율을 갖는 제1시트층(121)은 WPC용 안테나(114c)의 특성을 향상시키기 위한 것이며, 상대적으로 낮은 투자율을 갖는 제2시트층(122)은 NFC용 안테나(114a)의 특성을 향상시키기 위한 것이다.

이를 위해, 상기 제1시트층(121)은 비정질 합금의 리본시트 또는 나노결정립 합금의 리본시트가 사용될 수 있고, 상기 제2시트층(122)은 페라이트 시트가 사용될 수 있다.

여기서, 상기 비정질 합금 또는 나노결정립 합금은 Fe계 또는 Co계 자성 합금이 사용될 수 있으며, 재료비용을 고려할 때 Fe계 자성 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 더불어, 상기 비정질 합금 및 나노결정립 합금은 3원소 합금 또는 5원소 합금을 포함할 수 있고, 예를 들어, 상기 3원소 합금은 Fe, Si 및 B를 포함하며, 상기 5원소 합금은 Fe, Si, B, Cu 및 Nb를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 페라이트 시트는 소결 페라이트 시트로 이루어질 수 있으며, MnZn 페라이트 또는 NiZn 페라이트로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 상기 페라이트 시트가 NiZn 소결 페라이트로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 제1시트층(121a,121b)은 도 4에 도시된 바와 같이 2층 이상의 복수 개의 리본시트 층으로 구성될 수도 있음을 밝혀둔다.

더불어, 상기 제1시트층(121,121a,121b) 및 제2시트층(122)을 위에 언급한 종류로 한정하는 것은 아니며 자성의 성질을 갖는 물질이면 모두 사용될 수 있음을 밝혀둔다.

이때, 상기 제1시트층(121) 및 제2시트층(122) 중 적어도 어느 하나는 와전류의 발생을 억제할 수 있도록 복수 개의 미세 조각으로 분리 형성될 수 있으며, 복수 개의 미세 조각들은 서로 이웃하는 미세 조각들 간에 전체적으로 절연되거나 부분적으로 절연되도록 구비될 수 있다.

이때, 상기 복수 개의 미세 조각은 1㎛ ~ 3mm의 크기로 구비될 수 있으며, 각각의 조각들은 비정형으로 랜덤하게 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 차폐유닛(120)이 복수 개의 시트층으로 적층되고 각각의 시트층이 미세조각으로 분리형성되는 경우 각각의 시트층 사이에는 비전도성 재질로 이루어진 접착층(124)이 배치되어 서로 적층되는 한 쌍의 시트층 사이에 스며들 수 있도록 할 수도 있다. 이로 인해, 상기 한 쌍의 시트층 사이에 배치되는 접착층(124)은 각각의 시트층을 구성하는 복수 개의 미세 조각을 절연하는 역할을 수행할 수도 있다.

여기서, 상기 접착층은 접착제로 구비될 수도 있으며 필름 형태의 기재의 일면 또는 양면에 접착제가 도포된 형태로 구비될 수도 있다.

상기 방열유닛(130)은 상기 차폐유닛(120)의 일면에 배치되어 무선충전시 발생되는 열을 외부로 방출하는 역할을 수행한다. 이러한 방열유닛(130)은 하나의 부재로 이루어질 수도 있고 복수 개로 구비되어 간격을 두고 이격배치 될 수도 있다. 더불어, 상기 방열유닛(130)은 상기 차폐유닛(120)의 일면에 전체적으로 구비될 수도 있으며 부분적으로 구비될 수도 있다.

이때, 상기 방열유닛(130)은 전체적인 두께를 줄이면서도 방사율을 높여 방열효과를 높이고, 저항값을 높여 와전류의 발생을 억제함으로써 충전효율을 높일 수 있도록 한다.

이를 위해, 상기 방열유닛(130)은 금속재질로 이루어진 기재층(132)과, 상기 기재층(132)의 상부면과 하부면 중 적어도 일면에 구비되는 산화막(134)을 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 산화막(134)은 상기 기재층(132)의 상부면과 하부면 모두에 구비될 수 있다.

여기서, 상기 기재층(132)을 구성하는 금속재질은 열전도성이 우수한 금속이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 Cu 및 Al 등을 포함하는 금속층으로 이루어질 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 방열유닛(130)은 흑화처리를 통해 상기 방열유닛(130)을 구성하는 금속층의 표면을 산화시켜 CuO 및 Cu₂O와 같은 산화막을 형성시킨다.

이를 통해, 부식을 막아 갈라짐을 최소화하고 표면적 증가에 따른 밀착력 및 접착력을 향상시키며 재료 자체의 방사율을 높여 전체적인 두께를 증가시키지 않으면서도 방열특성을 높여줄 수 있게 된다.

더불어, 상기 금속층의 표면에 형성된 산화막(134)이 절연층의 역할을 수행하여 전체적인 저항값을 높여 줌으로써 와전류의 발생을 줄여 충전효율 역시 높여주게 된다. 이를 통해, 와전류의 발생을 줄이기 위하여 저항값을 높이기 위해 별도의 부재를 적층할 필요가 없어 전체적인 두께를 증가시키지 않으면서도 무선충전 방식에서 요구하는 방열특성을 구현할 수 있게 된다.

여기서, 상기 흑화처리는 약품을 이용할 수도 있고, 열처리를 통하여 수행될 수도 있으며, 플라즈마 처리를 통해 수행될 수도 있다.

상술한 본 발명의 일실시예에 따른 무선충전용 방열유닛(130) 및 이를 포함하는 무선전력 충전모듈(100)은 Qi 방식에 적용될 수도 있고, 차폐유닛(120)과 안테나유닛(110) 사이에 자기력선을 유도하는 별도의 어트랙터(미도시)가 구비되어 PMA 방식의 무선충전에 적용될 수도 있음을 밝혀둔다. 더불어, 상기 무선전력 충전모듈(100)이 수신모듈로 사용되는 경우 휴대단말기와 같은 전자기기의 백커버에 부착되는 형태로 구비될 수도 있음을 밝혀둔다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

100 : 무선전력 충전모듈
110 : 안테나유닛 112 : 회로기판
114a : NFC용 안테나 114b : MST용 안테나
114c : WPC용 안테나 120 : 차폐유닛
121,121a,121b : 제1시트층 122 : 제2시트층
124 : 접착층 130 : 방열유닛
132 : 기재층 134 : 산화막

Claims (20)

1. 금속재질로 이루어진 기재층; 및
   상기 기재층의 상부면과 하부면 중 적어도 일면에 구비되는 산화막;을 포함하는 무선충전용 방열유닛.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 기재층은 Cu를 포함하는 금속층인 무선충전용 방열유닛.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 산화막은 상부면과 하부면 양측에 형성되는 무선충전용 방열유닛.
4. 적어도 하나의 안테나유닛;
   상기 안테나유닛의 일면에 배치되어 자기장을 유기하는 차폐유닛; 및
   상기 차폐시트의 일면에 배치되어 열을 방출하는 방열유닛;을 포함하고,
   상기 방열유닛은 금속재질로 이루어진 기재층과, 상기 기재층의 상부면과 하부면 중 적어도 일면에 구비되는 산화막;을 포함하는 무선전력 충전모듈.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 기재층은 Cu를 포함하는 금속층인 무선전력 충전모듈.
6. 제 4항에 있어서,
   상기 산화막은 상부면과 하부면 양측에 형성되는 무선전력 충전모듈.
7. 제 4항에 있어서,
   상기 안테나유닛은 무선충전용 안테나 및 NFC용 안테나를 포함하는 무선전력 충전모듈.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 안테나유닛은 MST용 안테나를 더 포함하는 무선전력 충전모듈.
9. 제 7항에 있어서,
   상기 차폐유닛은 무선충전용 안테나의 특성을 향상시키는 제1시트층과, NFC용 안테나의 특성을 향상시키는 제2시트층을 포함하는 무선전력 충전모듈.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 제1시트층은 상기 제2시트층보다 상대적으로 높은 투자율을 갖는 재질로 이루어지는 무선전력 충전모듈.
11. 제 9항에 있어서,
    상기 제1시트층은 비정질 합금의 리본시트 또는 나노 결정립 합금의 리본시트이고, 상기 제2시트층은 페라이트 시트인 무선전력 충전모듈.
12. 제 9항에 있어서,
    상기 제1시트층은 비정질 합금의 리본시트 또는 나노 결정립 합금의 리본시트가 복수층으로 적층되는 무선전력 충전모듈.
13. 제 11항에 있어서,
    상기 페라이트 시트는 MnZn 페라이트 또는 NiZn 페라이트로 이루어진 무선전력 충전모듈.
14. 제 9항에 있어서,
    상기 제1시트층은 3원소 합금 또는 5원소 합금을 포함하고,
    상기 3원소 합금은 Fe, Si 및 B를 포함하며,
    상기 5원소 합금은 Fe, Si, B, Cu 및 Nb를 포함하는 무선전력 충전모듈.
15. 제 9항에 있어서,
    상기 제1시트층 및 제2시트층 중 적어도 하나는 복수 개의 미세 조각으로 분리형성되는 무선전력 충전모듈.
16. 제 15항에 있어서,
    상기 복수 개의 미세 조각들은 서로 이웃하는 미세 조각들 간에 전체적으로 절연되거나 부분적으로 절연되는 무선전력 충전모듈.
17. 제 15항에 있어서,
    상기 복수 개의 미세 조각은 1㎛ ~ 3mm의 크기인 무선전력 충전모듈.
18. 제 15항에 있어서,
    상기 복수 개의 미세 조각은 비정형으로 이루어지는 무선전력 충전모듈.
19. 무선전력 충전모듈의 차폐유닛에 설치되어 열원에서 발생된 열을 방열하는 방열유닛으로서,
    일정 이상의 열전도도를 갖는 금속 박막 시트를 포함하고,
    상기 금속 박막 시트는 일면 또는 양면에 표면의 고저항 특성 및 방사율 개선을 위하여 형성된 산화막층을 포함하는 무선충전용 방열유닛.
20. 제 19항에 있어서,
    상기 금속 박막 시트는 동박인 무선충전용 방열유닛.

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